特表 2023-554480 レーザービームを増幅するためのデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-27

(54)【発明の名称】レーザービームを増幅するためのデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/082 20060101AFI20231220BHJP

   H01S 3/16 20060101ALN20231220BHJP

【ＦＩ】

H01S3/082

H01S3/16

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537392

(86)(22)【出願日】2021-12-16

(85)【翻訳文提出日】2023-08-17

(86)【国際出願番号】 EP2021086116

(87)【国際公開番号】W WO2022129293

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】2013475

(32)【優先日】2020-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】511148123

【氏名又は名称】タレス

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】セバスチャン・ロー

(72)【発明者】

【氏名】アラン・ペルグリーナ

(72)【発明者】

【氏名】サンドリーヌ・リコー

(72)【発明者】

【氏名】オリヴィエ・カサグランデ

(72)【発明者】

【氏名】マチルダ・シャルボンノー

【テーマコード（参考）】

5F172

【Ｆターム（参考）】

5F172AE03

5F172AE06

5F172AE12

5F172AE15

5F172AF06

5F172AF07

5F172AL07

5F172CC07

5F172CC10

5F172NN06

5F172NN08

5F172NS18

(57)【要約】

本発明は、多波長レーザービームを増幅するためのデバイス（１０）であって、デバイス（１０）は、
ａ． 活性レーザー媒質（Ｍ）であって、活性レーザー媒質（Ｍ）は、ビームが活性レーザー媒質（Ｍ）を通過するたびに、増幅されることとなるビームを受け取るのに適切な前面（２０）、および、前面（２０）に対して傾斜されている反射性の後面（２２）を有しており、ｎ番目の通過の間に後面（２２）によって反射されて前面（２０）によって屈折されるビームは、第ｎの有用ビームと呼ばれる、活性レーザー媒質（Ｍ）と、
ｂ． 第１の光学的リターンユニット（１８）であって、第１の光学的リターンユニット（１８）は、第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の経路に沿って配置されており、活性レーザー媒質（Ｍ）を通る第２のパスのために、第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）を前面（２０）の上に戻すように構成されており、第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を形成する、それぞれの波長のサブビームが、第２のパスの終わりに互いに平行になるようになっている、第１の光学的リターンユニット（１８）と
を含む、デバイス（１０）に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多波長レーザービームを増幅するためのデバイス（１０）であって、前記デバイス（１０）は、
ａ． 少なくとも２つの平面を有している固体活性レーザー媒質（Ｍ）であって、前記少なくとも２つの平面は、ビームが前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通過するたびに、増幅されることとなるビームを受け取るのに適切な前面（２０）、および、反射する後面（２２）を含み、前記前面（２０）は、非ゼロの傾斜（β）で前記後面（２２）に対して傾斜されており、前記後面（２２）は、冷却されるのに適切であり、第１のパスの間に前記前面（２０）の上に受け取られるビームは、入射ビーム（Ｆ_Ｉ）と呼ばれ、ｎ番目の通過の間に前記後面（２２）によって反射されて前記前面（２０）によって屈折されるビームは、第ｎの有用ビーム（Ｆ_Ｕｎ）と呼ばれる、固体活性レーザー媒質（Ｍ）と、
ｂ． 第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の経路に沿って配置されている第１の光学的リターンユニット（１８）であって、前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る第２のパスのために、前記第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）を前記前面（２０）に戻すように構成されており、第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を形成する、それぞれの波長のサブビームが、前記第２のパスの終わりに互いに平行になるようになっている、第１の光学的リターンユニット（１８）と、
を含む、デバイス（１０）。

【請求項2】

前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）が、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の上の前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）の入射角度（θ）に等しい入射角度でプレートの前記前面に到着する入射ビームから、平面および平行な面によって前記プレートの退出部において取得されることとなる前記ビームと色空間分散の観点から同等になるように構成されている、請求項１に記載のデバイス（１０）。

【請求項3】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）は、ディスクであり、前記ディスクの平面は、前記前面（２０）および前記後面（２２）であり、前記前面及び前記後面（２０、２２）は、ベース（２４）と呼ばれる三角形のベースまたは台形のベースを有する直角プリズムの中に内接されており、前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、２つのミラー（Ｍ１、Ｍ２）を含み、前記ミラー（Ｍ１、Ｍ２）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）と第１のミラー（Ｍ１）との間の前記第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の前記経路が、対称平面（Ｐ_Ｈ）に関して、第２のミラー（Ｍ２）と前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）との間の前記第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の前記経路に対して対称的になるように配向されており、前記対称平面（Ｐ_Ｈ）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の前記ベース（２４）を含有する平面（Ｐ_２４）に対して垂直の、および、前記後面（２２）を含有する平面（Ｐ_２２）に対して垂直の平面である、請求項１または２に記載のデバイス（１０）。

【請求項4】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の前記前面（２０）は、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）を受け取るのに適切であり、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）から、第１のスプリアスビーム（Ｆ_Ｐ１）と呼ばれるビームを反射するのに適切であり、前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、前記第１のスプリアスビーム（Ｆ_Ｐ１）の経路の外側に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス（１０）。

【請求項5】

前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）は、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）の直径（Φ）と比較して拡大された直径（Φ＋ΔΦ）を有しており、前記デバイス（１０）は、少なくとも第３の、次いで、第４のパスのために、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の中へ前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を戻すのに適切な第２の光学的リターンユニット（３０）を含み、出力ビーム（Ｆ_Ｓ）と呼ばれる、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の出力における最後の有用ビームが、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）の前記直径（Φ）に実質的に等しい直径を有するようになっており、前記出力ビーム（Ｆ_Ｓ）を形成する、それぞれの波長の前記サブビームが、互いに平行になるようになっている、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス（１０）。

【請求項6】

前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記出力ビーム（Ｆ_Ｓ）が、平面および平行な面によって、第１のプレートおよび次いで第２のプレートを通る入射ビームの連続的な前記パスに続いて取得されることとなるビームと直径および色空間分散の観点から同等になるように構成されており、前記第１のプレートは、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の上の前記入射ビームの入射角度（θ）に等しい第１の入射角度（θ_１）で前記第１のプレートの前記前面の上に前記入射ビームが到着するように配向されており、前記第２のプレートは、前記第１の入射角度（θ_１）の反対に等しい第２の入射角度（θ_２）で前記第１のプレートの出力におけるビームを受け取るように配向されている、請求項５に記載のデバイス（１０）。

【請求項7】

前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る前記増幅されることとなるビームのパスの合計数が４の倍数になるように、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通して前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を戻すのに適切である、請求項５または６に記載のデバイス（１０）。

【請求項8】

前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る前記増幅されることとなるビームのパスの合計数が２の倍数となるように、および、前記増幅されることとなるビームが、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の中への前記ビームの第１の入力と前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）からの前記ビームの最後の出力との間で、行きの経路と、前記行きの経路の上に重ね合わせられた帰りの経路とを進行するように、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通して前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を戻すのに適切である、請求項５から７のいずれか一項に記載のデバイス（１０）。

【請求項9】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通るそれぞれのパスにおいて、スプリアスビームが取得され、前記スプリアスビームは、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の前記前面（２０）の上で直接的に反射され、前記第１の光学的リターンユニット（１８）および前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る前記増幅されることとなるビームの奇数のパスから結果として生じるそれぞれのスプリアスビームの経路の外側に配置されている、請求項５から８のいずれか一項に記載のデバイス（１０）。

【請求項10】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の出力における最後の有用ビームは、出力ビーム（Ｆ_Ｓ）と呼ばれ、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）および前記出力ビーム（Ｆ_Ｓ）は、空間的にシフトされている、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多波長レーザービームを増幅するためのデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

本発明の分野は、科学的な、産業的な、医療的な、および軍事的な用途のための固体レーザー供給源の分野である。より具体的には、本発明は、有利には、レーザービームの伝播の軸線に沿ったそのアパーチャーと比較して相対的に小さな厚さを有する（典型的に、１：３未満）活性レーザー媒質材料（たとえば、結晶など）のために使用される。

【0003】

ポンピングレーザーの技術は、近年、大幅に発展し、今では、１００ワットのオーダーの平均ポンピングパワーを与えるパルスレーザー供給源を有することが可能である。

【0004】

しかし、特定の数の構成は、高いエネルギーおよび高い平均パワー（より高い繰り返し率）が求められる新世代のポンプレーザーと互換性がない。

【0005】

現在の技術では、活性レーザー媒質のフォームファクター（典型的に、増幅器ファイバー、非常に薄型のディスク、スラブ、およびいわゆる厚型ディスク）に作用することによって、活性レーザー媒質の中の熱的エネルギーを抽出するために、さまざまな解決策が使用されている。

【0006】

厚型ディスクの解決策は、アモルファス材料（たとえば、ガラスなど）、透明セラミック、または結晶（たとえば、Ｔｉ：ＳＡ（チタン：サファイヤの略称）など）などのような、特定の活性レーザー媒質によく適している。材料の大きな増幅スペクトルに起因して、そのような解決策は、高いエネルギーレベル、高い平均パワー、および、短いパルス持続期間を得ることを可能にする。

【0007】

厚型ディスク技術では、活性レーザー媒質（たとえば、結晶）は、その後面を通して冷却される。次いで、冷却は、流体（液体もしくはガスのいずれか）または固体によって取得される。後面を通したそのような冷却は、熱交換表面を増加させる。そのうえ、それは、結晶を通してレーザーの伝播の方向に沿って温度勾配を発生させるために使用されることが可能であり、また、高い熱抽出を実現するためにも使用されることが可能である。結晶の中の温度の変化に関係する指数変化は、主に、レーザービームの伝播の方向と同じ方向に沿って配向された勾配である。

【0008】

しかし、後方表面冷却を備えたレーザー増幅デバイスは、結晶の反射性の後方表面に起因して、ビームの幾何学的な逆戻りを誘発させる。次いで、結晶の出力面は、入力面と同じであり、それは、スプリアスパルス（前面におけるスプリアス反射に起因する）がメインパルスの前に見出され、したがって、パルスの時間的コントラストを劣化させるということを意味している。時間的コントラストは、メインパルスの強度とパルスおよび／または任意のスプリアスパルスのフットとの間の比として定義される。

【0009】

そのような劣化を回避するために、メインパルスおよびスプリアスパルスを分離するように、どのように空気／結晶界面を修正するかということが、特許文献１から知られている。この目的のために、活性レーザー媒質の前面は、非ゼロの角度でその後面に対して傾斜されている。それによって、活性レーザー媒質を通る伝播の後に、スプリアス反射は、メインパルスから空間的に分離されており、時間的コントラストは、もはやスプリアス反射によって劣化されない。

【0010】

短いパルス（ブロードスペクトルを有する）に関して、前記角度は、特許文献１に説明されているように、ビームの経路に沿って位置決めされている補償プリズムによって補償されるプリズム効果を作り出す。それによって、活性レーザー媒質の複数回の通過が実施されるときには、複数のプリズムが、増幅システムの中に使用されなければならない。

【0011】

財務的な影響だけでなく、伝送のために多くの光学的な［パーツ］を使用することは、光学損失の源および潜在的な故障の源である（損傷は、レーザーの使用不能、パーツを修理するコスト、および、再調整のための労力につながる）。

【0012】

したがって、冷却および時間的コントラストの観点から満足できるままの状態で光学損失を最小化することとなる増幅デバイスのための必要性が存在している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】欧州特許第２９１５２２６号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0014】

この目的のために、本発明の主題は、多波長レーザービームを増幅するためのデバイスであって、デバイスは、
ａ． 少なくとも２つの平面を有している固体活性レーザー媒質であって、少なくとも２つの平面は、前記ビームが活性レーザー媒質を通過するたびに、増幅されることとなるビームを受け取るのに適切な前面、および、反射する後面を含み、前面は、非ゼロの傾斜で後面に対して傾斜されており、後面は、冷却されるのに適切であり、第１のパスの間に前面の上に受け取られるビームは、入射ビームと呼ばれ、ｎ番目の通過の間に後面によって反射されて前面によって屈折されるビームは、第ｎの有用ビームと呼ばれる、固体活性レーザー媒質と、
ｂ． 第１の有用ビームの経路に沿って配置されている第１の光学的リターンユニットであって、第１の光学的リターンユニットは、活性レーザー媒質を通る第２のパスのために、第１の有用ビームを前面に戻すように構成されており、第２の有用ビームを形成する、それぞれの波長のサブビームが、第２のパスの終わりに互いに平行になるようになっている、第１の光学的リターンユニットと
を含む、デバイスである。

【0015】

他の有利な本発明の態様によれば、デバイスは、個別にまたはすべての技術的に可能な組み合わせにしたがってとられる、１つまたは複数の以下の特徴を含む。
－ 第１の光学的リターンユニットは、第２の有用ビームが、活性レーザー媒質の上の入射ビームの入射角度に等しい入射角度でプレートの前面に到着する入射ビームから、平面および平行な面によって前記プレートの出力において取得されることとなるビームと色空間分散の観点から同等になるように構成されている。
－ 活性レーザー媒質は、ディスクであり、ディスクの平坦な面は、前面および後面であり、前記面は、ベースと呼ばれる三角形のベースまたは台形のベースを有する直角プリズムの中に内接されており、第１の光学的リターンユニットは、２つのミラーを含み、ミラーは、活性レーザー媒質と第１のミラーとの間の第１の有用ビームの経路が、対称平面に関して、第２のミラーと活性レーザー媒質との間の第１の有用ビームの経路に対して対称的になるように配向されており、対称平面は、活性レーザー媒質のベースを含有する平面に対して垂直の、および、後面を含有する平面に対して垂直の平面である。
－ 活性レーザー媒質の前面は、入射ビームを受け取るのに適切であり、入射ビームから、第１のスプリアスビームと呼ばれるビームを反射するのに適切であり、第１の光学的リターンユニットは、第１のスプリアスビームの経路の外側に配置されている。
－ 第２の有用ビームは、入射ビームの直径と比較してより大きな直径を有しており、増幅デバイスは、少なくとも第３の、次いで、第４のパスのために、活性レーザー媒質の中へ第２の有用ビームを戻すのに適切な第２の光学的リターンユニットを含み、出力ビームと呼ばれる、活性レーザー媒質の出力における最後の有用ビームが、入射ビームの直径に実質的に等しい直径を有するようになっており、前記出力ビームを形成する、それぞれの波長のサブビームが、互いに平行になるようになっている。
－ 第２の光学的リターンユニットは、出力ビームが、平面および平行な面によって、第１の次いで第２のプレートにおける入射ビームの連続的なパスに続いて取得されることとなるビームと直径および色空間分散の観点から同等になるように構成されており、第１のプレートは、活性レーザー媒質の上の入射ビームの入射角度に等しい第１の入射角度で第１のプレートの前面の上に入射ビームが到着するように配向されており、第２のプレートは、第１の入射角度の反対に等しい第２の入射角度で第１のプレートの出力におけるビームを受け取るように配向されている。
－ 第２の光学的リターンユニットは、活性レーザー媒質を通る増幅されることとなるビームのパスの合計数が４の倍数になるように、活性レーザー媒質の中へ第２の有用ビームを戻すのに適切である。
－ 第２の光学的リターンユニットは、活性レーザー媒質を通る増幅されることとなるビームのパスの合計数が２の倍数となるように、および、増幅されることとなるビームが、活性レーザー媒質の中への前記ビームの第１の入力と活性レーザー媒質からの前記ビームの最後の出力との間で、行きの経路と、行きの経路の上に重ね合わせられた帰りの経路とを進行するように、活性レーザー媒質の中へ第２の有用ビームを戻すのに適切である。
－ 活性レーザー媒質を通るそれぞれのパスにおいて、スプリアスビームが取得され、スプリアスビームは、活性レーザー媒質の前面の上で直接的に反射され、第１および第２のリターンユニットは、活性レーザー媒質を通る増幅されることとなるビームの奇数のパスから結果として生じるそれぞれのスプリアスビームの経路の外側に配置されている。
－ 活性レーザー媒質の出力における最後の有用ビームは、出力ビームと呼ばれ、入射ビームおよび出力ビームは、空間的にシフトされている。

【0016】

本発明の他の特徴および利点は、単に限定的な例として与えられている本発明の実施形態にしたがう以下の説明を読み、以下の図面を参照すると、明らかになることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態による増幅デバイスの概略上面図表現である。

【図2】色空間分散の観点から第１の実施形態の増幅デバイスと同等の光学システムの概略表現である。

【図3】第２の実施形態による増幅デバイスの第１の例の概略上面図表現であり、増幅デバイスの入力ビームおよび出力ビームは、第１の例において重ね合わせられており、伝播は、同じ平面の中で実施される、図である。

【図4】第２の実施形態による増幅デバイスの第２の例の概略斜視図表現であり、増幅デバイスの入力ビームおよび出力ビームは、第２の例において空間的にシフトされている、図である。

【図5】色空間分散および色横方向分散の観点から第２の実施形態の増幅デバイスと同等の光学デバイスの概略表現である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以降では、説明において、伝播方向ｚが定義され、それは、図では、軸線ｚによって表され、レーザービームの伝播方向に対応している。第１の横断方向が定義され、それは、伝播の方向に対して垂直になっており、図では、軸線ｘによって表されており、平面（ｘＯｚ）が増幅デバイス１０の上面図に対応するようになっている。また、第２の横断方向が定義され、それは、伝播の方向ｚおよび第１の横断方向ｘに対して垂直になっている。第２の横断方向ｙは、図では、軸線ｙによって表されており、平面（ｙＯｚ）が増幅デバイス１０の側面図に対応するようになっている。そのような軸線のために使用される表記は任意であり、他の表記によって交換されることが可能であるということを当業者は理解することとなる。

【0019】

以降では、説明において、「色空間分散（chromatic spatial dispersion）」という用語は、光学的表面における波長の関数として偏差角度の変動に起因するビームの角度的な分散を意味している。「色横方向分散（chromatic lateral dispersion）」という用語は、２つの光学的表面（その界面は平行になっている）（平行な面を有するプレート）を通過するのに続いて、波長（瞳孔のシフト）の関数としてのビームの直径の拡大を意味している。

【0020】

増幅デバイス１０の第１の実施形態が、図１に図示されている。

【0021】

増幅デバイス１０は、レーザービーム（とりわけ、多波長パルスレーザービーム）を増幅するように構成されている。増幅されることとなるビームは、たとえば、赤外線ビームである。

【0022】

増幅されることとなるビームは、たとえば、１０ワット（Ｗ）よりも大きい平均パワーを有する。

【0023】

第１の実施形態による増幅デバイス１０は、活性レーザー媒質Ｍおよび第１の光学的リターンユニット１８を含む。

【0024】

媒質Ｍは、固体媒質である。媒質Ｍは、たとえば、チタンがドープされたサファイヤなどのような結晶、または、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＣａＦ２、または、ポリマー、セラミック、もしくはガラス、または、固体状態にある任意の他の材料である。

【0025】

媒質Ｍは、屈折率ｎを有している。優先的には、以下の関係が検証される：

【0026】

【数1】

【0027】

ここで、νは、活性レーザー媒質Ｍのコンストリンジェンス（constringence）である。上記は、増幅デバイス１０の出力におけるビームＦ_Ｓの多波長特性を保存することを意図している。

【0028】

媒質Ｍは、少なくとも２つの平面を有しており、それは、前記ビームが活性レーザー媒質Ｍを通過するたびに、増幅されることとなるビームを受け取るのに適切な前面２０、および、反射する後面２２を含む。

【0029】

前面２０は、非ゼロの傾斜β（角度）で後面２２に対して傾斜されている。以降では、β’は、平面（ｘＯｚ）の上への傾斜βの投影を示しており、β”は、平面（ｙＯｚ）の上への傾斜βの投影を示している。実装形態の１つの例において、活性レーザー媒質Ｍは、ディスクであり、ディスクの面（前面２０および後面２２）は、三角形のベースまたは台形のベース（ベース２４と呼ばれる）を有する直角プリズムの中に内接されている。プリズムのベース２４（ひいては、傾斜β）は、後面２２を含有する平面Ｐ_２２に対して垂直の平面、および、平面（ｙＯｚ）に対して垂直の平面の中に、完全に含有されている。

【0030】

活性レーザー媒質Ｍの前面２０は、前記ビームが活性レーザー媒質Ｍを通過するたびに、増幅されることとなるビームを受け取るのに適切であり、スプリアスビームを反射（直接反射）するのに適切であり、そのようなビームが後面２２によって反射された後に、有用ビームを屈折させるのに適切である。第１のパスの間に前面２０において受け取られるビームは、入射ビームＦ_Ｉと呼ばれる。ｎ番目のパスの間に後面２２によって反射されて前面２０によって屈折されたビームは、第ｎの有用ビームＦ_ＵＮと呼ばれる。最後のパスの間の活性レーザー媒質Ｍの出力における有用ビームは、出力ビームＦ_Ｓとも呼ばれる。ｎ番目のパスの間に増幅されることとなるビームから前面２０によって直接的に反射されるビームは、第ｎのプリアスビームＦ_Ｐｎと呼ばれる。

【0031】

有利には、前面２０は、反射防止処理されている。

【0032】

活性レーザー媒質Ｍの後面２２は、それぞれのパスにおいて、増幅されることとなるビームを反射するのに適切であり、活性レーザー媒質Ｍの前面２０を通るそのパスの後に、対応する有用ビームを形成するようになっている。

【0033】

後面２２は、冷却デバイスによって冷却されるのに適切であり、冷却デバイスは、たとえば、増幅デバイス１０の中に含まれている。冷却は、図１において、後面２２に付されている矢印によって表されている。

【0034】

第１の光学的リターンユニット１８は、第１の有用ビームＦ_Ｕ１の経路に沿って配置されている。第１の光学的リターンユニット１８は、活性レーザー媒質Ｍを通る第２のパスのために前面２０の上に第１の有用ビームＦ_Ｕ１を戻すように構成されており、第２の有用ビームＦ_Ｕ２を形成する、それぞれの波長のサブビームが、第２のパスの終わりにおいて互いに平行になるようになっている。図１では、図に過重な負担をかけないように、２つのサブビームのみが示されている。したがって、第１の光学的リターンユニット１８は、活性レーザー媒質Ｍの前面２０と後面２２との間の傾斜βから結果として生じるプリズム効果によって誘発される色空間分散を補償するために使用される。

【0035】

有利には、図２に図示されているように、第１の光学的リターンユニット１８は、第２の有用ビームＦ_Ｕ２が、活性レーザー媒質Ｍの上の入射ビームＦ_Ｉの入射角度θに等しい入射角度で前記プレートの前面に到着する入射ビームから、平面および平行な面Ｌ１によってプレートの出力において取得されることとなるビームと色空間分散の観点から同等になるように構成されている。

【0036】

図１に図示されている例では、第１の光学的リターンユニット１８は、２つのミラーＭ１、Ｍ２を含み、ミラーＭ１、Ｍ２は、活性レーザー媒質Ｍと第１のミラーＭ１との間の第１の有用ビームＦ_Ｕ１の経路が、対称平面Ｐ_Ｈに関して、第２のミラーＭ２と活性レーザー媒質Ｍとの間の第１の有用ビームＦ_Ｕ１の経路に対して対称的になるように配向されている。対称平面Ｐ_Ｈは、活性レーザー媒質Ｍのベース２４を含有する平面Ｐ_２４に対して垂直の、および、後面２２を含有する平面Ｐ_２２に対して垂直の平面である。

【0037】

それによって、ミラーＭ１の上での第１の反射、および、ミラーＭ２の上での第２の反射の後に、増幅されることとなるビームのイメージは、活性レーザー媒質Ｍの前面２０に到着すると戻される。そのような活性レーザー媒質Ｍは、次いで、先行技術の補償プリズムの役割を果たす。図１の特定の構成では、対称平面Ｐ_Ｈは、平面（ｘＯｚ）（図１におけるシートの平面）に対して垂直の、および、後面２２を含有する平面Ｐ_２２に対して垂直の平面であり、イメージは、方向ｘに沿って戻される。

【0038】

有利には、第１の光学的リターンユニット１８は、プリズムを含まない。

【0039】

有利には、第１の光学的リターンユニット１８は、第１のスプリアスビームＦ_Ｐ１の経路の外側に配置されている。

【0040】

ここで、第１の実施形態による増幅デバイス１０の動作が説明されることとなる。

【0041】

最初に、直径Φの増幅されることとなるビーム（パルス）Ｆ_Ｉが、入射角度θで活性レーザー媒質Ｍの前面２０に到着し、入射角度θは、平面（ｘＯｚ）における角度θ_ｘおよび平面（ｙＯｚ）における角度θ_ｙへと分解される。

【0042】

有用ビーム（メインパルス）が、後面２２によって反射され、スプリアスビームＦ_Ｐ１が、前面２０によって反射される。スプリアスビーム（スプリアスパルスとも呼ばれる）が、平面（ｘＯｚ）において角度２θｘだけ、および、平面（ｙＯｚ）において角度２θｙだけ、前面２０の上で偏向される。有用ビームは、平面（ｘＯｚ）において角度２（θ_ｘ＋β’．（ｎ－１）＝２（θ_ｘ＋β．（ｎ－１）だけ、および、平面（ｙＯｚ）において角度２（θ_ｙ＋β’．（ｎ－１）＝２θｙだけ、出力において偏向される。

【0043】

供給源は多波長レーザー供給源であるので、面２０および２２によって形成される角度βは、プリズム効果を作り出す。それによって、活性レーザー媒質Ｍを通る第１のパスの後に、第１の有用ビームＦ_Ｕ１の波長は、角度的に分離される。

【0044】

第１の有用ビームＦ_Ｕ１の経路に沿って第１の有用ビームＦ_ｕ１および第１のスプリアスビームＦ_Ｐ１の分離の後に配置されている第１の光学的リターンユニット１８は、色空間分散を補正するために使用される。

【0045】

より具体的には、図１に示されている特定の例では、θ_ｙ＝０、β’＝β、およびβ”＝０であり、伝播全体が平面（ｘＯｚ）の中で行われるようになっている。

【0046】

活性レーザー媒質Ｍの出力において、第２の有用ビームＤ_ｕ２のスペクトルのコンポーネントは、直径Φ＋ΔΦのスポットを形成するということが留意されるべきである。ΔΦは、活性レーザー媒質Ｍを通る第１のパスの間のビームの発散によってもたらされる直径の増加、次いで、活性レーザー媒質Ｍからのその退出部と活性レーザー媒質Ｍの中へのその第２の進入部との間のビームの発散によってもたらされる増加を含むということが留意されることとなる。同じ直径Φ＋ΔΦが、活性レーザー媒質Ｍを通る第２のパスの後に見出される。出力ビームの多波長特性を保存するために、第２の有用ビームＦ_ｕ２の直径の拡大ΔΦは、Φと比較して小さくなければならない。

【数2】

のときに、これが成り立つ。

【0047】

実際に、

【数3】

および、

【数4】

のときに

【数5】

であり、それは、ΔΦ＜＜Φであることを意味している。

【0048】

それによって、第１の実施形態による増幅デバイス１０は、活性レーザー媒質Ｍの傾斜βによって誘発される色空間分散を補償するために使用されるが、しかし、追加の損失をもたらさない。対照的に、補償は、そのような活性レーザー媒質Ｍを通る追加的なパスによって実現され、それは、損失をもたらさず、対照的に、より多くの利得をもたらす。

【0049】

したがって、第１の実施形態による増幅デバイス１０は、冷却、利得および時間的コントラストの観点から満足できるままの状態で、光学損失を最小化するために使用される。

【0050】

第２の実施形態によれば、図３および図４において見ることができるように、図１を参照して説明されている第１の実施形態による増幅デバイス１０と同一のエレメントは繰り返されない。相違点のみが強調されている。

【0051】

第２の実施形態では、第１の増幅デバイス１０のエレメントに加えて、増幅デバイス１０は、少なくとも第３の、次いで、第４のパスのために活性レーザー媒質Ｍの中へ第２の有用ビームＦ_Ｕ２を戻すのに適切な第２の光学的リターンユニット３０を含み、活性レーザー媒質Ｍの出力における最後の有用ビーム（出力ビームＦ_Ｓと呼ばれる）が、入射ビームＦ_Ｉの直径Φに実質的に等しい直径を有するようになっており、前記出力ビームＦ_Ｓを形成する、それぞれの波長のサブビームが、互いに平行になるようになっている。それによって、第１の光学的リターンユニット１８および第２の光学的リターンユニット３０によって形成される光学アッセンブリは、色空間分散および色横方向分散の両方を補償するために使用される。

【0052】

有利には、図５に図示されているように、第２の光学的リターンユニット３０は、出力ビームＦ_Ｓが、平面および平行な面Ｌ１およびＬ２によって、第１の、次いで、第２のプレートを通る入射ビームの連続的なパスに続いて取得されることとなるビームと直径（色横方向分散）および色空間分散の観点から同等であるように構成されており、第１のプレートＬ１は、活性レーザー媒質Ｍの上の入射ビームの入射角度θに等しい第１の入射角度θ_１で第１のプレートの前面の上に入射ビームが到着するように配向されており、第２のプレートＬ２は、第１の入射角度θ_１の反対に等しい第２の入射角度θ_２で第１のプレートＬ１の出力におけるビームを受け取るように配向されている。

【0053】

有利には、第２の光学的リターンユニット３０は、活性レーザー媒質Ｍを通る増幅されることとなるビームのパスの合計数が４の倍数となるように、活性レーザー媒質Ｍの中へ第２の有用ビームＦ_Ｕ２を戻すのに適切である。

【0054】

加えて、または、変形例において、第２の光学的リターンユニットは、活性レーザー媒質Ｍを通る増幅されることとなるビームのパスの合計数が２の倍数となるように、および、増幅されることとなるビームが、活性レーザー媒質Ｍの中への前記ビームの第１の入力と活性レーザー媒質Ｍからの前記ビームの最後の出力との間で、行きの経路と、行きの経路の上に重ね合わせられた帰りの経路とを進行するように、活性レーザー媒質Ｍの中へ第２の有用ビームＦ_Ｕ２を戻すのに適切である。光の可逆性の原理によれば、このように、増幅デバイス１０の出力におけるビームＦ_Ｓの色横方向分散を補償することが可能である。

【0055】

図３および図４に示されている例では、増幅されることとなるビームは、活性レーザー媒質Ｍを通る４つのパスを行っている。

【0056】

より正確には、図３に示されている例では、第２の光学的リターンユニット３０は、増幅されることとなるビームを増幅デバイス１０の中で往復させるのに適切なミラーＭ_ＡＲ（平面ミラー）を含む。増幅されることとなるビームは、第１の光学ユニット１８を介してすでに２つのパスを行っているので、活性レーザー媒質Ｍを通るパスの合計数は、４つである。

【0057】

図４に図示されている例では、第２の光学的リターンユニット３０は、４つのミラーＭ３、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６を含む。ミラーＭ３およびＭ４は、活性レーザー媒質Ｍの中への第３のパスのために活性レーザー媒質Ｍの中へ第２の有用ビームＦ_Ｕ２を戻すのに適切である。ミラーＭ５およびＭ６は、活性レーザー媒質Ｍの中への第４のパスのために活性レーザー媒質Ｍの中へ第３の有用ビームＦ_Ｕ３を戻すのに適切である。それによって、活性レーザー媒質Ｍを通るパスの合計数は、４つである。より具体的には、前記例において、Ｐ_Ｈは、増幅デバイス１０のミラーＭ１、Ｍ２のための水平方向の対称平面を示しており、Ｐ_Ｖは、ミラーＭ５、Ｍ６に対するミラーＭ１、Ｍ２のための垂直方向の対称平面を示している。増幅されることとなるビームは、中間Ｍの象限１）を通って進入し、第２のパスは、象限２）を通っており、第３のパスは、象限３）を通っており、第４のパスは、象限４）を通っている。

【0058】

有利には、第２の光学的リターンユニット３０は、少なくとも１つのミラーを含む。

【0059】

有利には、第２の光学的リターンユニット３０は、プリズムを含まない。

【0060】

有利には、第１のリターンユニット１８および第２のリターンユニット３０は、活性レーザー媒質Ｍを通る奇数のパスから結果として生じるそれぞれのスプリアスビームの経路の外側に配置されている。それによって、図３および図４に示されている例では、第１のスプリアスビームＦ_Ｐ１および第３のスプリアスビームＦ_Ｐ３は、活性レーザー媒質Ｍの中へ反射されて戻されず、それによって排除される。

【0061】

入射ビームＦ_Ｉおよび出力ビームＦ_Ｓが重ねられるときには、増幅デバイス１０は、たとえば、２つのビームを分離するための光学的分離アッセンブリ４０を含む。図３に図示されている例では、光学的分離アッセンブリ４０は、偏光キューブ４２および４分の１波長プレート４４、ならびに、ミラーＭ０を含む。

【0062】

優先的には、入射ビームＦ_Ｉおよび出力ビームＦ_Ｓは、空間的にシフトされている（重ね合わせられていない）。とりわけ、そのような構成は、図４に図示されている。そのような構成は、入射ビームＦ_Ｉおよび出力ビームＦ_Ｓを分離するための光学アッセンブリを省くことを可能にする。

【0063】

第２の実施形態による増幅デバイス１０が機能している間に、第１の実施形態に関して説明された機能に加えて、第２の有用ビームＦ_Ｕ２は、前記媒質Ｍを通る第３のパスのために、第２の光学ユニット３０を介して、活性レーザー媒質Ｍの前面２０に戻される。第３のスプリアス反射Ｆ_Ｐ３および第３の有用ビームＦ_Ｕ３は、それから結果として生じる。そして、第３の有用ビームＦ_Ｕ３は、前記媒質Ｍを通る第４のパスのために、第２の光学ユニット３０を介して、活性レーザー媒質Ｍの前面２０の上に戻される。第４のスプリアス反射Ｆ_Ｐ４および第４の有用ビームＦ_Ｕ４は、それから結果として生じる。図２では、明確にするために、スプリアス反射Ｆ_Ｐ２、Ｆ_Ｐ３、およびＦ_Ｐ４は示されていないということが留意されることとなる。

【0064】

それによって、第１の光学ユニット１８および活性レーザー媒質Ｍに対する第２の光学ユニット３０の構成は、増幅デバイス１０の増幅された出力ビームの色横方向分散を補償するために使用される。

【0065】

第１のリターンユニット１８および第２のリターンユニット３０の適切な配置を選ぶことによって、活性レーザー媒質Ｍを通る奇数のパス（とりわけ、第１および第３のパス）の間に発生させられるスプリアスビームは、活性レーザー媒質Ｍに戻されず、射出される。

【0066】

また、活性レーザー媒質Ｍを通る偶数のパスの間に発生させられるスプリアスビームは、有用ビームから容易に解離されることが可能である。実際に、２次元の配置のケースでは（図３）、偶数のパスの間に発生させられるスプリアスパルスは、有用パルスと同じ光学経路を辿るが、メインパルスに対して遅延される。したがって、そのようなパルスは、有用ビーム（パルス）の後の「ポストパルス」の起点にあることとなる。そのようなスプリアスパルスは、有用ビームの後に到着するので、それは、コントラストを低減させず、フィルタリングしやすい。３次元の配置のケースでは（図４）、偶数のパスの間に発生させられるスプリアスパルスは、有用パルスと同じ光学経路を辿るが、反対方向になっており、それによって、コントラストに影響を与えない。

【0067】

それによって、第１の実施形態の利点に加えて、第２の実施形態による増幅デバイス１０は、活性レーザー媒質Ｍの第１の２つのクロッシングの間に誘発される色横方向分散を補償するために使用され、追加の損失をもたらさない。他方では、補償は、活性レーザー媒質Ｍを通る追加的なパスによって実現され、それは、それによって、冷却および時間的コントラストの観点から満足できるままの状態で、増幅利得をもたらす。

【0068】

図３および図４の例は、活性レーザー媒質Ｍを通る４つのパスのみを図示しているということを当業者は理解することとなる。それにもかかわらず、第２の実施形態は、活性レーザー媒質Ｍを通るより大きな数のパスに一般化される（その数が４の倍数であるという条件で（２の倍数であるが４の倍数ではないことは、色空間分散のみを補償することとなるが、色横方向分散を補償しないこととなる）、または、前記数は２の倍数であるが、増幅されることとなるビームが増幅デバイス１０を通って往復するという条件で）。

【0069】

上記に説明されている実施形態および例の特徴は、互いに組み合わせられる可能性が高い（そのような組み合わせが適合するときに）ということを当業者は理解することとなる。

【符号の説明】

【0070】

１０ 増幅デバイス
１８ 第１の光学的リターンユニット
２０ 前面
２２ 後面
２４ ベース
３０ 第２の光学的リターンユニット
４０ 光学的分離アッセンブリ
４２ 偏光キューブ
４４ ４分の１波長プレート
Ｆ_Ｐ１ 第１のスプリアスビーム
Ｆ_Ｓ 出力ビーム
Ｆ_Ｕ１ 第１の有用ビーム
Ｆ_Ｕ２ 第２の有用ビーム
Ｆ_Ｕ３ 第３の有用ビーム
Ｆ_Ｕ４ 第４の有用ビーム
Ｌ１ 第１のプレート
Ｌ２ 第２のプレート
Ｍ 活性レーザー媒質
Ｍ_ＡＲ ミラー
Ｍ０ ミラー
Ｍ１ 第１のミラー
Ｍ２ 第２のミラー
Ｍ３ ミラー
Ｍ４ ミラー
Ｍ５ ミラー
Ｍ６ ミラー
ｎ 屈折率
Ｐ_２２ 平面
Ｐ_２４ 平面
Ｐ_Ｈ 水平方向の対称平面
Ｐ_Ｖ 垂直方向の対称平面
ｘ 第１の横断方向
ｙ 第２の横断方向
ｚ 伝播方向
β 傾斜角度
θ 入射角度
θｘ 角度
θｙ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多波長レーザービームを増幅するためのデバイス（１０）であって、前記デバイス（１０）は、
ａ． 少なくとも２つの平面を有している固体活性レーザー媒質（Ｍ）であって、前記少なくとも２つの平面は、ビームが前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通過するたびに、増幅されることとなるビームを受け取るのに適切な前面（２０）、および、反射する後面（２２）を含み、前記前面（２０）は、非ゼロの傾斜（β）で前記後面（２２）に対して傾斜されており、前記後面（２２）は、冷却されるのに適切であり、第１のパスの間に前記前面（２０）の上に受け取られるビームは、入射ビーム（Ｆ_Ｉ）と呼ばれ、ｎ番目の通過の間に前記後面（２２）によって反射されて前記前面（２０）によって屈折されるビームは、第ｎの有用ビーム（Ｆ_Ｕｎ）と呼ばれる、固体活性レーザー媒質（Ｍ）と、
ｂ． 第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の経路に沿って配置されている第１の光学的リターンユニット（１８）であって、前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る第２のパスのために、前記第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）を前記前面（２０）に戻すように構成されており、第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を形成する、それぞれの波長のサブビームが、前記第２のパスの終わりに互いに平行になるようになっている、第１の光学的リターンユニット（１８）と、
を含む、デバイス（１０）。

【請求項2】

前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）が、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の上の前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）の入射角度（θ）に等しい入射角度でプレートの前記前面に到着する入射ビームから、平面および平行な面によって前記プレートの退出部において取得されることとなる前記ビームと色空間分散の観点から同等になるように構成されている、請求項１に記載のデバイス（１０）。

【請求項3】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）は、ディスクであり、前記ディスクの平面は、前記前面（２０）および前記後面（２２）であり、前記前面及び前記後面（２０、２２）は、ベース（２４）と呼ばれる三角形のベースまたは台形のベースを有する直角プリズムの中に内接されており、前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、２つのミラー（Ｍ１、Ｍ２）を含み、前記ミラー（Ｍ１、Ｍ２）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）と第１のミラー（Ｍ１）との間の前記第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の前記経路が、対称平面（Ｐ_Ｈ）に関して、第２のミラー（Ｍ２）と前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）との間の前記第１の有用ビーム（Ｆ_Ｕ１）の前記経路に対して対称的になるように配向されており、前記対称平面（Ｐ_Ｈ）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の前記ベース（２４）を含有する平面（Ｐ_２４）に対して垂直の、および、前記後面（２２）を含有する平面（Ｐ_２２）に対して垂直の平面である、請求項１または２に記載のデバイス（１０）。

【請求項4】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の前記前面（２０）は、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）を受け取るのに適切であり、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）から、第１のスプリアスビーム（Ｆ_Ｐ１）と呼ばれるビームを反射するのに適切であり、前記第１の光学的リターンユニット（１８）は、前記第１のスプリアスビーム（Ｆ_Ｐ１）の経路の外側に配置されている、請求項１または２に記載のデバイス（１０）。

【請求項5】

前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）は、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）の直径（Φ）と比較して拡大された直径（Φ＋ΔΦ）を有しており、前記デバイス（１０）は、少なくとも第３の、次いで、第４のパスのために、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の中へ前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を戻すのに適切な第２の光学的リターンユニット（３０）を含み、出力ビーム（Ｆ_Ｓ）と呼ばれる、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の出力における最後の有用ビームが、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）の前記直径（Φ）に実質的に等しい直径を有するようになっており、前記出力ビーム（Ｆ_Ｓ）を形成する、それぞれの波長の前記サブビームが、互いに平行になるようになっている、請求項１または２に記載のデバイス（１０）。

【請求項6】

前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記出力ビーム（Ｆ_Ｓ）が、平面および平行な面によって、第１のプレートおよび次いで第２のプレートを通る入射ビームの連続的な前記パスに続いて取得されることとなるビームと直径および色空間分散の観点から同等になるように構成されており、前記第１のプレートは、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の上の前記入射ビームの入射角度（θ）に等しい第１の入射角度（θ_１）で前記第１のプレートの前記前面の上に前記入射ビームが到着するように配向されており、前記第２のプレートは、前記第１の入射角度（θ_１）の反対に等しい第２の入射角度（θ_２）で前記第１のプレートの出力におけるビームを受け取るように配向されている、請求項５に記載のデバイス（１０）。

【請求項7】

前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る前記増幅されることとなるビームのパスの合計数が４の倍数になるように、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通して前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を戻すのに適切である、請求項５に記載のデバイス（１０）。

【請求項8】

前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る前記増幅されることとなるビームのパスの合計数が２の倍数となるように、および、前記増幅されることとなるビームが、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の中への前記ビームの第１の入力と前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）からの前記ビームの最後の出力との間で、行きの経路と、前記行きの経路の上に重ね合わせられた帰りの経路とを進行するように、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通して前記第２の有用ビーム（Ｆ_Ｕ２）を戻すのに適切である、請求項５に記載のデバイス（１０）。

【請求項9】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通るそれぞれのパスにおいて、スプリアスビームが取得され、前記スプリアスビームは、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の前記前面（２０）の上で直接的に反射され、前記第１の光学的リターンユニット（１８）および前記第２の光学的リターンユニット（３０）は、前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）を通る前記増幅されることとなるビームの奇数のパスから結果として生じるそれぞれのスプリアスビームの経路の外側に配置されている、請求項５に記載のデバイス（１０）。

【請求項10】

前記固体活性レーザー媒質（Ｍ）の出力における最後の有用ビームは、出力ビーム（Ｆ_Ｓ）と呼ばれ、前記入射ビーム（Ｆ_Ｉ）および前記出力ビーム（Ｆ_Ｓ）は、空間的にシフトされている、請求項１または２に記載のデバイス（１０）。

【国際調査報告】